CAN总线在汽车车身控制中的应用摘要：阐述了CAN(控制器局域网)总线协议及其技术特点。结合应用实例，分析了CAN总线技术在汽车上的应用优势，并详细分析了几种常见的CAN总线应用方案。关键词：CAN车载网络控制1:引言20世纪80年代以来，随着集成电路和单片机在汽车上的广泛应用，汽车上的电子控制单元越来越多，如电子燃油喷射装置、防抱死制动装置(ABS)、安全气囊装置、电控门窗装置、主动悬架等。在这种情况下，如果仍然采用常规的接线方式，即电线一端接开关，另一端接电气设备，那么车辆上的电线数量就会急剧增加，电线质量约占车辆质量的4%。另外，电控系统的增加虽然提高了汽车的动力性、经济性和舒适性，但增加的复杂电路也降低了汽车的可靠性，增加了维修的难度。因此，改革汽车电气技术的呼声日益高涨。于是，一个新概念，——罐，就应运而生了。CAN CAN简介CAN是控制器局域网(Controller Area Network)的缩写，由德国博世公司和几家半导体厂商共同开发。CAN总线是一种串行多主控制器局域网总线。它具有较高的网络安全性、通信可靠性和实时性，简单实用，网络成本低。特别适用于汽车电脑控制系统和环境温度恶劣、电磁辐射强、振动大的工业环境。3.CAN总线技术特点CAN总线能有效支持分布式控制或实时控制，通信介质可以是双绞线、同轴电缆或光纤。其主要特点是：(1)CAN总线是一种多主总线，各节点可以随时向网络上的其他节点发送信息，无论主从，通信灵活。(2)CAN总线采用独特的无损总线仲裁技术，优先级高的节点优先传输数据。能够满足实时性的要求。(3)CAN总线具有点对点、点对多点、全局广播传输数据的功能。(4)CAN总线采用短帧结构，每帧有效字节数最大，数据传输时间短，有CRC等校验措施，数据误码率极低。(5)当CAN总线上的一个节点出现严重错误时，它能自动离开总线。总线上的其他操作不受影响。(6)CAN总线系统扩展时，新节点可以直接挂在总线上，线路少，系统易于扩展，修改灵活。(7)CAN总线最大传输速率可达1Mb/s(此时最大通信距离为40m)，最大直接通信距离可达10k m(5 kbps以下)。(CAN总线上的节点数量主要取决于总线驱动电路。标准帧(11位消息标识符)的数量可以达到110个，而扩展帧(29位消息标识符)的数量几乎没有限制。4.CAN总线技术在汽车上的应用优势有以下优势：(1)信息共享CAN总线技术可以实现ECU之间的信息共享，减少不必要的线束和传感器。比如一台带CAN总线接口的电喷发动机，其他电器可以共享转速、水温、油压、油温、瞬时油流量等。由其提供，这样一方面可以省去额外的水温、油压、油温传感器，另一方面可以将这些数据显示在仪表上，方便驾驶员检查发动机工作状况，从而方便发动机的维护。表1显示了一些汽车电子控制单元产生和发送的数据类型以及其他单元共享的信息。表1汽车中部分电子控制单元的数据发送与接收(2)减少线束的新型电子通讯产品的出现，对汽车的综合布线和信息共享与交互提出了更高的要求。传统的电气系统大多采用点对点的单一通信方式，相互之间联系很少，必然会形成一个庞大的布线系统。据统计，在采用传统接线方式的高档汽车中
这种传统的接线方式已经不能适应汽车的发展。CAN总线可以有效减少线束，节省空间。比如某个门的传统布线——后视镜、百叶窗、门锁控制等。需要20-30根线，而CAN总线的应用只需要2根线。(3)关联控制在某些事故下，需要对各个ECU进行关联控制，这是传统汽车控制方法难以完成的。CAN总线技术可以实现多个ECU的实时联合控制。在发生碰撞事故时，汽车上的多个安全气囊可以通过CAN协调工作。它们通过传感器感知碰撞信号，并通过CAN总线将传感器信号传输到中央处理器，控制每个安全气囊的启动和弹出动作。5.CAN总线技术在汽车上的应用实例。世界上一些著名的汽车制造商，如奔驰、宝马等。已经开始使用CAN总线实现汽车内部控制系统与检测和执行机构之间的数据通信。目前很多国产车也引入了CAN总线技术。比如大众途安和帕萨特一般把CAN总线分为低速CAN总线和高速CAN总线。低速CAN总线速度为10Kbps-125Kbps，主要应用于车身控制模块领域。250Kbps-1Mbps的高速，应用于发动机、变速箱、ABS等实时性要求强的控制模块。但各类车辆会根据具体情况采用各自的总线结构。以下是几种典型的CAN总线应用方案。5.1 CAN总线方案1 CAN总线应用方案1如图1所示。图1 CAN总线应用方案1方案1是一个完整的分布式汽车电子控制系统。
制系统，它采用多子网结构，将信息交换比较密切的系统放在一个子网中，使整个系统具有很高的实时性，不同子网之间根据不同的应用特点，采用不同的物理层接口以及通信速率，优化了系统结构。方案一简化了各个CAN子网的设计难度，但是整车的网络系统设计以及总线通信协议比较复杂，硬件上对网关的要求比较高，需要有强大的数据处理能力，而且系统成本比较高，适合于中高档轿车采用。5.2 CAN总线方案二
方案二中整车的CAN总线网络分为高速网络和低速网络两部分，高速网采用双线式高速CAN总线(1Mbps)，低速网采用双线式CAN总线(125gbps)IS011519。仪表显示模块作为网关完成两部分数据之间的传输。CAN总线应用方案二如图2所示。 图2 CAN总线应用方案二整个系统分为高速和低速两部分。动力传动总线和安全总线合并成高速总线，这样做降低了通信的实时性，但是考虑到传动系总线中一般是周期性的数据，而安全总线中一般是突发性的数据，只要选择合适的帧优先级就可以弥补这个缺点。舒适总线和信息总线合并为低速总线，这两部分中对数据的实时性要求不高，125Kbps的速率完全可以满足需求。
方案二系统成本不高，且性能也没有太大的损失，性价比又不错，适合于中低档轿车采用。
5.3 CAN总线方案三
由于使用CAN总线会使系统成本增加，在一些不需要CAN总线的带宽和多功能的场合，使用LIN总线可大大节省成本，所以LIN总线得到了越来越广泛的应用。
LIN(Local Interconnect Network)总线是一种低成本的串行通讯网络，用于实现汽车中的分布式电子系统控制。LIN总线的目标是为现有汽车网络(例如CAN总线)提供辅助功能。LIN的标准化将简化多种现存的多点解决方案，且将降低在汽车电子领域中的开发、生产、服务和后勤成本。
典型的LIN总线应用是汽车中的联合装配单元，如门、座椅、空调、照明灯等。对于成本比较敏感的单元，LIN可以使机械元件可以很容易的连接到汽车网络中并得到十分方便的维护和服务。下面的方案中包括15个CAN节点和31个LIN节点，充分体现了CAN以及LIN各自的特点。CAN总线应用方案三如图3所示。
方案3是一个很完整的方案，但是实际应用过程中，考虑到系统的性价比以及安装等方面的因素，可采用如下图所示的简化方案，图中CAN总线虚线表示这部分在不影响性能的前提下，可以用LIN总线替代，可以降低系统成本。
5.4 CAN总线方案四
方案4主要是针对希望采用总线的中低档轿车，这就决定了系统必须具有很高的性价比，而且成本也是一个重要的方面。具体应用需要根据不同的车型做出适当的修改满足各自的要求。本车身控制模块在总线方案2基础上加以简化，保留中央控制模块和四个门模块作为车身控制总线方案。CAN总线应用方案四如图4所示。
6： CAN总线技术在汽车中应用的关键技术
利用CAN总线构建一个车内网络，需要解决的关键技术问题有：
（1）总线传输信息的速率、容量、优先等级、节点容量等技术问题
（2）高电磁干扰环境下的可靠数据传输
（3）确定最大传输时的延时大小
（4）网络的容错技术
（5）网络的监控和故障诊断功能
（6）实时控制网络的时间特性
（7）安装与维护中的布线
（8）网络节点的增加与软硬件更新(可扩展性)
7：结束语
CAN总线作为一种可靠的汽车计算机网络总线已开始在先进的汽车上得到应用,使得各汽车计算机控制单元能够通过CAN总线共享所有的信息和资源,达到简化布线、减少传感器数量、避免控制功能重复、提高系统可靠性和可维护性、降低成本、更好地匹配和协调各个控制系统的目的。这样使得汽车的动力性、操作稳定性、安全性都上升到新的高度。随着汽车电子技术的发展,具有高度灵活性、简单的扩展性、优良的抗干扰性和处理错误能力的CAN总线通信协议必将在汽车电控系统中得到更广泛的应用。
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